2.2.2. Дисахариды и полисахариды

Поскольку в растворах многие простые сахара существуют преимущественно в циклической форме, они не дают реакций, характерных для альдегидов или кетонов. В то же время в d-гликопиранозном кольце гидроксильная группа при C-f отличается от других гидроксилов большей реакционной спо­собностью. Как показано ниже, на схеме реакции, эта гидрок­сильная группа, занимающая а-положение, может вступать в реакцию с гидроксильной группой при С-4 другого сахара, в результате чего элиминируется молекула воды и образуется а-1,4-гликозидная связь:

В результате конденсации двух молекул моносахаридов обра­зуется дисахарид. Помимо мальтозы, образующейся из двух молекул d-глюкозы, относительно широко распространены следующие дисахариды:

Резервный источник питания растений крахмал обычно содер­жит около 20% амилозы, хотя эта величина может меняться в довольно широких пределах. Гранулы крахмала достаточна велики, и с помощью микроскопа их легко увидеть во многих растительных клетках.

Амилозная фракция крахмала, как уже упоминалось, со­стоит из нерастворимых в воде линейных полимеров; основная же часть крахмала представляет собой амилопектин, также полимер d-глюкозы, отличающийся от амилозы разветвленной структурой¹. В среднем на 25 остатков глюкозы приходится один центр разветвления; разветвление цепи осуществляется за счет образования гликозидной связи между гидроксилом при С-1 одной цепи и гидроксилом при С-6 другой цепи:

Как правило, молекулы амилопектина больше молекул амило­зы; их молекулярная масса составляет от 1 до 2 миллионов. Амилопектин растворим в воде и, адсорбируя воду, может об­разовывать гели. Частичный кислотный или ферментативный гидролиз крахмала приводит к образованию различных раз­ветвленных фрагментов амилопектина, называемых декстрина­ми. Декстрины применяются в качестве загустителей и при изготовлении паст. Конечно при частичном гидролизе образу­ются также глюкоза, мальтоза и другие относительно неболь­шие сахара. Таким путем из кукурузного крахмала получают кукурузную патоку.

Резервным источником глюкозы в животных клетках, осо­бенно в клетках печени и мышц, служат полимерные гранулы гликогена, по степени разветвленности напоминающего амило­пектин. В гликогене длина линейных участков между центрами разветвления обычно составляет около 12 звеньев; таким об­разом, молекулы гликогена разветвлены даже в большей сте­пени, чем молекулы амилопектина. Молекулярная масса глико­гена может составлять 5 миллионов и более. Гликоген выпол­няет функции резервного источника энергии и в некоторых микроорганизмах, в том числе в энтеробактериях.

2.2.4. Крахмал

Крахмал (К.) является обязательным составным компонентом :льшей части зеленых растений и основным запасным веществом, "менно из-за большого практического значения и простоты выде­ления К. является первым биополимером, изучение которого нача­ли еще в прошлом веке. В особо больших количествах К. накапли­вают картофель (30%) и различные злаки (до 80%). Крахмал состо­ит из двух компонентов - амилозы и амилопектина. Содержание амилозы в К. разного происхождения колеблется в пределах 20-25%, остальная часть - амилопектин. Амилоза является линейным поли­мером, состоит из остатков D-глюкозы, связанных между собой а-(1-4)-гликозидными связями. Степень полимеризации крахмала варьирует от 200 до нескольких тысяч. Крахмал сравнительно легко растворяется в горячей воде без набухания, с йодом дает характер­ное коричневое окрашивание.

В отличие от амилозы, полимерная цепь амилопектина разветв­лена. В точках разветвления остатки глюкозы связаны между собой <Х-(1-6), а на линейных участках а-( 1-4)-гликозидными связями, по­добно амилозе. Количество а-(1-6)-связей в амилопектине любого происхождения не превышает 4-5% (рис. 2.1.).

Рис.2.1. Структура амилозы (1) и амилопектина (2) (каждый кружок соответствует остатку глюкозы в пиранозной форме)

Крахмалы из разных объектов различаются по степени полиме­ризации, частотой разветвлений и подверженностью к фермента­тивному гидролизу.

Одна из важнейших производственных характеристик К. заклю­чается в его способности к клейстеризации. Растворимость К. зави­сит от степени полимеризации, с повышением которой раствори­мость снижается, а полимер, состоящий из 100-150 глюкозных ос­татков, растворяется только в горячей воде.

Существуют два основных метода гидролиза крахмала - кислот­ный и ферментативный. При кислотном гидролизе кристаллические участки биополимера переходят в аморфное состояние и после это­го гидролизуются. Предполагают, что аналогичный процесс имеет место и при ферментативном гидролизе. К. разлагает группа фер­ментов, известная под названием амилаз, которые по характеру сво­его действия делятся на ферменты эндо- и экзотипа. а-Амилаза -типичный эндофермент, который ведет неупорядоченный гидролиз внутримолекулярных гликозидных связей К. Глюкоамилаза (ами-логлюкозидаза) и Р-амилаза являются ферментами экзотипа, кото­рые последовательно отщепляют остатки глюкозы (глюкоамилаза) и мальтозы ((3-амилаза) от нативной молекулы К., от невосстанавли-вающихся концов субстрата.

К. составляет большую весовую часть пищевого рациона чело­века (хлеб, картофель, овощи), поэтому считается основным энергетическим ресурсом организма. В пищевых продуктах К. представлен в следующих количествах: пшеничная мука - 74%, рис - 77-78%; белый хлеб - 51%. Гидролиз крахмала начинается а-амилазой слюны, которая быстро разлагает его на короткие фрагменты. Далее в пищеварительном тракте эти фрагменты гид­ролизуются до глюкозы, которая всасывается в кровь. С точки зрения пищевой ценности у крахмала нет аналогов среди расти­тельных биополимеров.